鋼支撐在地鐵建筑中的作用
鋼支撐在各個建筑中都有很重要的應用，各種高樓建造，各種橋梁，各種藝術建筑等等，地鐵鋼支撐在地鐵建筑中的應用作用。
1 支撐布置及受力分析
1.1 支撐布置
新方案將支撐的豎向間距進行了調整，支撐的型號及水平間距不變，鋼支撐租賃考慮到方案變更對施工的影響，各道支撐的高程布置結合基坑開挖計劃和受力計算結果來確定。各道支撐高程為：第1道-0.4m；第2道-4.3 m；第3道-7.8m；第4道-11.0 m；第5道-14.2 m。
按上述布置，基坑開挖分為3次大型機械開挖和1次人工清底開挖共4個步驟：
(1) 第一層主要采用短臂挖掘機開挖，開挖至地面下0.9m時，架設第1道支撐。
(2) 第二層主要采用長臂挖掘機開挖，開挖至地面下4.8m和8.3m時，架設第2、3道支撐。
(3) 第三、四層土方大部分采用小型挖掘機開挖及人工配合開挖，龍門吊出土，自卸車兩側運輸，開挖至地面下11.5m和14.7m時，架設第4、5道支撐。
(4) 在開挖至基底200mm時，由人工清底開挖至設計標高，嚴防超挖。
1.2 支護結構受力計算
優化方案的分析計算，采用彈性地基桿系有限元模型來模擬基坑標準段圍護結構在基坑開挖中的施工工況，由于它既能夠考慮支擋結構的平衡條件以及結構與土的變形協調，分析中所需參數單一且比較容易確定，同時又能有效地記入基坑開挖過程中的多種因素的影響。
在彈性地基桿系有限元分析中，將圍護結構沿墻體縱向取單位寬度，并將其視為一個豎放支承在開挖面一側地層和支撐上的彈性梁，基坑開挖面以上的墻體根據要求剖分為若干段梁單元，支撐采用桿單元，基坑開挖面以下的墻體采用Winkler彈性地基梁單元模擬，地層對墻體變形的約束作用用一系列土彈簧單元來模擬，墻背作用的側向壓力按主動土壓力計算，且基底以下側向壓力取定值[1~2]。
為了計入施工因素，考慮墻體受力和變形的繼承性，本文采用荷載增量法進行計算。荷載增量法[3]，是把每一施工過程所增加的荷載稱為增量荷載，并作為外荷載作用于每一施工過程的支護結構，每一施工過程的結構由于支撐及土彈簧均發生了變化，因而其計算體系是不同的。增量荷載一般包括兩部分，土壓力增量和在上一過程已受力的土彈簧，本次施工將其挖掉時，應將其所受的力作為本次的荷載增量，反向作用于結構上，每一施工過程支護結構的受力和變形為前面增量計算結果的迭加。荷載增量法的內力及變形分析計算過程如圖3所示。根據上述計算理論，本文采用大型有限元軟件ANSYS模擬圍護結構的變形和受力，在進行單元劃分時，把擋土結構的截面荷載突變處、彈性地基基床系數變化段及鋼支撐的作用點處均作結點處理。在ANSYS 建模時, 彈性地基用彈簧單元COMBIN14模擬，開挖面以上的圍護結構采用BEAM3梁單元，開挖面以下采用BEAM54 單元模擬彈性地基梁，鋼支撐采用LINK1桿單元。本文采用的土壓力模式是，坑底以上采用朗肯土壓力理論計算，坑底以下土壓力視為常數，按水土分算法進行計算，地面超載 取20kPa。被動區土體抗力以沿深度方向分布的一組土彈簧模擬，土彈簧單元剛度取決于土的基床系數和彈簧單元豎向間距，對于土彈簧單元，在局部坐標系下，其單元剛度 ，其中 為梁的計算寬度， 為單元長度， 為地基土水平向基床系數。按地基水平向基床系數 取值的不同，具體又分為常數法、“ ”法、“ ”法，本文采用“ ”法計算[2]。工程地質分布情況及土層的物理力學參數見表1，樁體混凝土C25，彈性模量 MPa，抗壓強度 MPa。
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